ORC 발전시스템 소개

20112011

정부의 그린에너지 정책

� 2020년 온실가스 배출 전망치(BAU) 대비 30% 감축 목표 설정

(2009.11월)

� 에너지 목표관리제(NA : Negotiated Agreement) 도입

- 에너지 사용량,효율 목표를 기업과 정부가 협의.설정하고, 인센티브,

패널티 등을 통해 목표를 효율적으로 달성하는 제도

� 목표관리제 시범사업 신청 현황(2009.11월)

- 50만 TOE(25개), 5만 TOE(13개), 2만 TOE(9개)

업종 철강 정유 석화 시멘트 화학 제지 자동차 식품

개수 3 4 11 5 2 1 1 1

업종 섬유 비철 반도체 디스플 기계 가전 발전 총계

개수 1 2 8 1 1 1 5 47

※ 1 TOE(Tonnage of Oil Equivalent) : 원유1톤의 발열량(cal), 1,000만kcal기준

산업 공정별 미활용 열의 온도 분포

미활용 열을 이용한 발전시스템의 종류 및 특징

종 류

특 성

ORC

Organic Rankine

Cycle

HRSG

Heat Recovery

Steam Generator

TEG

ThermoelectricGenerator

AMTEC

Alkali MetalThermal to Electric

Converter

적용 온도 70 ~ 350°C 500 °C 이상 100 ~ 400°C 600 ~ 900°C

발전 효율 8 ~ 22 % 30 ~ 40 % 4 ~ 8% 20 ~ 30%

발전 용량 100KW ~ 5MW 수백 MW 이상 100W ~ 10KW 20 W ~ ∞

kW당 건설비 150 ~ 250만원 - 800 ~1,000만원 -

설치 면적 넓음 넓음 적음 적음

개발 수준 검정된 실용기술 복합발전 소형 특수목적 연구개발 중

Work

Concept of Rankine Cycle

Heat

ORC 발전시스템의 개념

일반 산업체에서 버려지는 미활용 열에너지를 회수하여 전기에너지를 생산하는 시스템으로,

물보다 증기압이 높은 유기열매체를 작동유체로 사용하는 유기랭킨사이클시스템

ORC 발전시스템의 개념.2

ORC 발전시스템의 효율

ORC 의 역사

*Rankine Cycle : Scottish –William J. M. Rankine (1820.7.5 - 1872. 12. 24)

Working Fluids – Water

*ORC Cycle : 1883년 frank Ofeldt가 이론 발표

Working Fluids – Organic (Isopentane (C5H12), Butan, R-22,

R-123, R245 등 탄화물 계통)

1960년 미국에서 실증연구 – BNI 1966년 실증사업

1995-2000년 RIST 연구 실증사업1995-2000년 RIST 연구 실증사업

2003-2005년 posco e&c Asia Cement 3.2 MW 건설, 가동 중

성숙된 기술, 지열발전, 산업폐열발전 등에 활성화됨

*Kalina Cycle : 1984년 Alexander Kalina 발표

상대적으로 저온에서 발전 을 위해

Working Fluids – NH3 +H2O (암모니아수)

2000년 최초 Iceland에서 지열에 실증사업 시작

전체적으로 미성숙된 기술 – 실증 중에 있음

ORC 발전시스템의 적용 및 응용 분야

� 제철, 제강 등 철강공장의 배출되는 미활용 열

� 시멘트 및 제지 공장의 배출되는 미활용 열

� 섬유, 식품 가공 공장의 배출되는 미활용 열

� 쓰레기 소각장, 열병합발전소의 배출되는 미활용 열

� 선박 배기가스의 미활용 열(Green Ship)

� 지열 발전 : 화산, 온천지대 및 심부 지열 등

� 기타 에너지 다소비 산업체의 미활용 열에너지

※ 가능한 24시간 가동하는 산업체가 유리함.

※ 중저온(300℃ 미만)의 미활용 열은 Steam 발전보다는 ORC발전이 더 경제적임.

【IEC(International Electrotechnical commission) 에 제시하는 증기조건은 435℃이상

이므로 폐열은 450℃이상이라야 Steam 발전이 유리하다.】

ORC 발전시스템 구축 사례

한국 A사(3MW) :

산업폐열을 이용한 ORC 발전시스템

미국 Reno(350kWx2기) :

지열을 이용한 ORC 발전시스템

ORC 발전시스템의 향후 모델

ORC 발전시스템 도입시 정부지원제도

� 지원근거 : 에너지이용합리화법(법률제9397호)

- 자발적협약(VA)투자 사업

- 융자지원 대상 설비 : 폐열에너지 회수설비

사업명 지원한도액 대출기간 이자율 비 고

�지원사업 및 지원금액

VA사업

(융자지원사업)

300억원 이내

(사업장당 ~250억원)

3년거치

5년분할상환

에너지및자원사업

특별회계기준

2010년 예산 :

1,400억원

지원 비율(%) 지원 범위

(1) 대기업 : 90%

(2) 중소기업 : 100%

시설자금 : 시설 및 부대설비 구입비, 설치개수 공사비,

설계감리비, 시운전비

(부가세, 토지구입비, 건물공사비 등 제외)

� 지원비율 및 지원범위

ORC 발전시스템 도입시 업무 프로세스

미활용 열원 조사

사업 타당성 분석

� 열원의 종류, 온도, 열량 , 비열 등 조사

� 설치장소 환경조사(연평균 온도, 공간 및 면적 등)

� 기존설비의 계통도 및 공장 Layout 도면

� Turbine-Generator 설치 용량 산출

� 경제성 분석

� 정부지원제도 확인

시방서 및 견적서 작성

엔지니어링 설계 및 제작

시공 및 시운전

ORC 발전시스템을 도입하면 어떤 이득이 있는가 ?

결 론

첫째, 경제적 가치가 높다(미활용 열로 친환경 전기생산)

○ 투자 수익율(ROI) 평균15%이상, 5년 이내 투자비 회수 가능

○ 투자 시설자금의 100%를 융자지원 받을 수 있음

둘째, 국제 또는 국내 탄소배출권(CER) 등록이 된다.

○ 탄소배출권 시장에서 CER 판매 수익 발생

○ 에너지목표관리제의 자발적 협약기업으로 각종 세제 혜택

넷째, 온실가스를 저감시킨다(친환경기업 이미지 획득)

셋째, 에너지 효율을 증대시킨다(에너지 절약 기업)